По дороге к «Востоку»
По дороге к «Востоку»
Шел 1960 год. Был создан и запущен третий искусственный спутник — космическая летающая лаборатория, — поразивший мир своим весом и обилием научной аппаратуры. Принесли нашей Родине славу лунные ракеты. «Луна-1», названная «Мечтой», впервые достигла второй космической скорости и стала первой искусственной планетой солнечной системы; «Луна-2» доставила на Луну вымпел с гербом Советского Союза; «Луна-3» сфотографировала таинственную и никем не видимую прежде «ту» сторону нашей естественной спутницы.
Но можно ли познать по-настоящему космос без человека? Какому прибору доверить то, что только сам человек способен увидеть, оценить, испытать? Над этим много и упорно думали. Мысли собирались воедино, рисовались серьезные и полуфантастические эскизы, намечались планы.
Человек должен выйти в космос, человек обязан освоить его — так говорили, обсуждали, писали. Кто-то считал это уже задачей сегодняшнего дня, кто-то полагал, что запуск человека в космос может быть осуществлен только через несколько лет.
* * *
— Зайдите немедленно ко мне! — Приказ Сергея Павловича, переданный по диспетчерскому циркуляру, многих сорвал со своих рабочих мест.
В кабинете собрались все руководители конструкторского бюро и завода, секретарь парткома, председатель завкома, секретарь комитета комсомола.
Сергей Павлович был в черном костюме с Золотой Звездой Героя Социалистического Труда: это значило, что он приехал откуда-то «сверху».
— Здравствуйте, товарищи! Так экстренно собрал я вас вот по какому вопросу. Я только что вернулся из Центрального Комитета. Там очень интересуются ходом создания космического аппарата для полета человека. Все мы должны ясно себе представить, какое доверие нам оказывается. Для внесения окончательных предложений я прошу всех заместителей, всех руководителей отделов и завода, а также общественные организаций самым тщательным образом продумать, как нам организовать эту работу. Мы еще соберемся через некоторое время и подробно обсудим все мероприятия. А сейчас я прошу остаться моих заместителей и директора завода. Остальные свободны.
Решавшаяся конструкторским бюро задача была чрезвычайно сложна своей новизной и необычайностью. Советоваться было не с кем, подобного еще никто и нигде не делал.
Через несколько дней был обсужден и утвержден план окончания проекта, получившего условное название «Восток». Вначале несколько странно было писать в технических документах это слово, но привычка есть привычка. «Восток» быстро завоевал себе право на жизнь, пока, правда, в кругу проектантов и конструкторов.
* * *
Попытаться описать более или менее подробно процесс рождения космического корабля — его расчеты, проектирование, конструирование, изготовление и испытания — в небольшой книжке почти безнадежное дело. Сделать это можно разве что во многих специальных томах.
Пожалуй, трудно даже перечислить названия всех тех специальностей, представители которых сообща создают космический корабль: от ученого-теоретика до слесаря-монтажника.
Со временем, очевидно, будут написаны соответствующие книги, быть может, даже целые курсы проектирования, которые будут изучаться студентами в институтах. Сейчас же мне хочется рассказать лишь о некоторых эпизодах создания «Востока».
В 1960 году была построена и испытана ракета-носитель, способная вывести на орбиту полезный груз весом около 41/2 тонн.
Этот груз, эти 41/2 тысячи килограммов и явились нашими первыми «исходными данными». Проведенные расчеты показали, что космический корабль, предназначенный для полета человека и спуска его на Землю, может «уложиться» в такой вес.
Итак, ракета может вынести на орбиту космический корабль с человеком на борту. А что значит — вынести? Это значит поднять, оторвать от Земли, преодолевая силу земного тяготения и сопротивления атмосферы в начале полета, и разогнаться вместе с кораблем до скорости, необходимой для того, чтобы стать искусственным спутником. А скорость эта около 28 тысяч километров в час, или чуть меньше 8 километров в секунду.
Специалисты-баллистики определили, какой формы может получиться орбита: это эллипс с определенным числом километров при минимальном удалении от Земли (в перигее) и определенным — при максимальном удалении (в апогее).
Что еще есть в распоряжении проектантов? Немного. Им дано не слишком большое время, ограниченное жестким графиком. У них есть большое желание сделать все как можно лучше. Им может быть обещана и преподнесена куча неприятностей за то, что предлагаемое ими неоптимально или очень оптимально, но невыполнимо «по таким-то и таким-то соображениям», или… Да мало ли еще найдется этих «или».
Как только проектные работы разворачиваются полным ходом, почти сейчас же появляются сомнения, что вообще-то задачу можно решать не одним способом, придумать не эту, а другую конструкцию. Предлагается несколько вариантов. Появляются сторонники и противники этих вариантов. Начинаются споры, проводятся расчеты и рисуются первые «картинки» — компоновочные схемы.
Если в это время зайти в проектный отдел конструкторского бюро, то на чертежных досках (почему-то до сих пор именующихся кульманами) можно увидеть предполагаемые общие контуры корабля. Их несколько. Но во всех существует одно — главное: корабль должен состоять из двух частей. Это основная схема.
Основной она стала не сразу, а лишь тогда, когда все в ней более или менее «завязалось», когда она была внимательно рассмотрена Константином Дмитриевичем, а потом доложена Сергею Павловичу и, наконец, утверждена для дальнейшей разработки на совещании у Королева с участием всех его заместителей и начальников ведущих отделов конструкторского бюро.
Что же представляла собой эта «завязанная» схема?
Ну, естественно, на корабле, предназначавшемся для полета человека, прежде всего должно быть помещение: кабина, в которой будет находиться космонавт. Поскольку кабина должна спуститься на Землю, то часть корабля вместе с кабиной и получила название «спускаемый аппарат».
Спуск — это ответственнейший этап всего космического полета. Происходит он в плотных слоях атмосферы и характеризуется уменьшением скорости с 28 тысяч километров в час почти до нуля в момент приземления. Очевидно, что гасить такую скорость аппарата интенсивным ракетным торможением невыгодно. Гашение же за счет силы лобового сопротивления будет сопровождаться большими перегрузками и сильным аэродинамическим нагревом. При этом конструкция будет претерпевать испытание и на прочность и на термостойкость, а космонавт — подвергаться перегрузкам.
Проектантам необходимо все учесть: и количество тепла, которое «обрушится» на спускаемый аппарат, и максимальную скорость его притока, и величину максимальной перегрузки, и продолжительность ее действия.
Понятно, конструкция кабины должна обеспечить такой вход с орбиты в атмосферу, такое торможение и посадку, чтобы перегрузки не превысили определенной величины, переносимой человеком.
Почему разговор прежде всего идет о перегрузках? Это очень легко понять, но трудно представить. На орбите корабль летит со скоростью около 8 тысяч метров в секунду; затем он должен затормозиться и к поверхности Земли, к посадке, подойти со скоростью не более 10 метров в секунду. Если скорость окажется большей — это уже опасно. Отсюда и задача: уменьшить скорость кабины от 8 тысяч до 10 метров в секунду, причем уменьшить очень плавно и постепенно.
Кто хоть раз проехал в автомобиле, автобусе или троллейбусе, хорошо представляет, сколь неприятно резкое торможение. Но это при скорости около 20 метров в секунду, а каково на космическом корабле!
Если автомобиль, затормозив, все же проходит каких-нибудь 10–15 метров, то космический корабль — около 10 тысяч километров! Понятно, форма спускаемого аппарата играет при этом немалую роль: тела разной формы испытывают и разное воздействие атмосферы, в которой они перемещаются. Если при движении в атмосфере тело должно сохранять определенное положение, то тогда надо иметь какие-то средства, чтобы это положение поддерживать, — стабилизаторы, рули или другие средства управления.
Но есть форма, которая безразлична к воздействию атмосферы — шар. Его движение в атмосфере хорошо изучено, он не обладает так называемым аэродинамическим качеством, то есть никогда не может создавать подъемной силы; он движется по законам баллистики, падает на Землю по вполне определенному пути и может не иметь органов управления.
Именно это предложение проектантов и было принято Сергеем Павловичем: форма опускаемого аппарата — шар, спуск — по баллистической кривой.
Мы перечислили далеко не все доводы и соображения, которые привели к выбору шара, но, чтобы не загромождать ход рассуждений многочисленными техническими понятиями и терминами, допустим, что упомянутых причин достаточно.
Схема для прохода через атмосферу была выбрана, но как с посадкой? Конечно же, «падая с неба», шар не может подойти к Земле со скоростью не более 10 метров в секунду и на последнем участке должен вступить в действие тормозящий парашют.
Нелегко сейчас детально проследить за ходом мыслей проектантов при компоновке «Востока». Для этого надо было или самому сидеть за чертежной доской, или хоть бывать в проектном отделе каждый день по нескольку часов. Ни для того, ни для другого возможности у меня не было, и потому в этих воспоминаниях, может быть, отсутствуют целые этапы работы над «Востоком». Однако главную идею увидеть можно.
Итак, спускаемый аппарат — шар. И кажется, хорошо бы поместить в нем все необходимые устройства, приборы и системы, тогда весь корабль состоял бы из одного шара, и все. Чего проще? Но анализ, проведенный в проектном отделе, показал, что это нерационально. Некоторые приборы и узлы закончат свою службу на орбите и при спуске окажутся вредным балластом, и понятно, что совсем не все равно затормозить и посадить на Землю аппарат весом в 5 тонн или, скажем, в 2,5 тонны.
После пересмотра нескольких вариантов остановились на корабле, состоящем из двух частей: собственно спускаемого аппарата и приборного отсека. Прежде всего нужно было определить их объем, вес, форму.
И вот тут-то началась неизбежная при всяком проектировании борьба противоположностей. Вес потребный — и вес допустимый; объем потребный — и объем допустимый; прочность потребная — и прочность допустимая. И еще много-много разных «потребных» и «допустимых». И все они друг с другом не хотят ладить.
Для корабля нужны приборы, системы, механизмы, источники энергии, и все это должно быть максимально надежно, но почти всякое повышение надежности, за редким исключением, «прибавляло» килограммы, а лишний вес — «враг»!
То же самое с объемом: конструкторам приходится втискиваться в отпущенные «урезанные» кубометры.
И талант проектанта состоял, пожалуй, прежде всего в том, чтобы найти «золотую середину» между этими крайностями. Но перед тем, как начать «увязывать» веса и объемы, надо было определить, чем же должен быть начинен корабль.
При внимательном исследовании оказалось, что часть нужных для корабля приборов уже создана для предыдущих космических аппаратов. Другая часть, причем большая, еще не существовала и должна была создаваться вновь.
Вот сколько одна эта задача требовала упорства, нервов, организаторской смекалки и таланта.
Вспоминая проектирование «Востока», один из руководителей бюро как-то рассказывал своим товарищам:
— Ставится задача, казалось бы, совершенно немыслимая. И начинается массовая генерация идей думающих, как мы говорим, инженеров. Первая их реакция обычно такова: «Чушь, ерунда, сделать невозможно». Через день кто-то говорит: «Почему же, сделать можно, только все равно ничего не получится». Следующий этап: имеется двадцать предложений, причем самых диких, основанных на невероятных предположениях. Например: «Вот я слышал, будто в одном институте Ленинграда есть один человек, который эту вещь видел или что-то про нее читал…» Начинаются споры, взаимные упреки, часто сами авторы хохочут вместе с оппонентами над собственными «рухнувшими» идеями. В конце концов остаются два варианта конструкции прибора. Их долго и упорно прорабатывают, подсчитывают, вычерчивают. Потом остается один из них. А потом выясняется, что и это не тот вариант, который нужен. И все начинается сначала, пока не получится оптимальное решение, отвечающее задаче.
Эти творческие поиски лишь начало работы. А дальше — неизбежный процесс доводки отдельных элементов конструкции и составление документации — то, что называется черновой работой. В ряде случаев она заставляет пересматривать и первоначальные идеи. Тогда разработчики злятся и проклинают тот день и час, когда они связались с космосом. Но не верьте им. Они любят свое дело так, что их до ночи не прогонишь с рабочего места…
Этот рассказ очень точно характеризует истинное положение дел. Идут дни, вечера, прихватываются ночи. Ищется и ищется наилучшее решение. Еще многое неясно, многое не решено, еще нет ответа на многие вопросы. А время неумолимо идет, и его остается все меньше и меньше до установленного графиком срока окончания проектирования. К тому же проектировщик не имеет права ни на минуту забывать, что конец (да конец ли?) его работы — это начало работы его товарищей-конструкторов. Конец их работы — это начало работы в цехах завода, превращающих идеи проектанта и конструктора в металл, в приборы, в механизмы. Как только цехи кончают свою часть работы, так сейчас же начинаются бессонные ночи и напряженные дни испытателей, а потом — космодром…
Все это проектировщику нужно помнить, все его волнует, а у него, как назло, не размещается в приборном отсеке четыре прибора и не очень гладко получается с тепловым режимом тормозной двигательной установки. А тут еще выясняется, что для аккумуляторных батарей требуется веса в полтора раза больше отведенного и нет никакого свободного объема! И все надо менять, нужен другой вариант. Но какой же? Что лучше: упрятать тормозную двигательную установку на две трети в приборный отсек и тем создать для нее приемлемый температурный режим или расположить ее совсем по-другому? В этом случае выгадывается дополнительный объем, где можно разместить непомещающиеся приборы и аккумуляторы, да и приборный отсек станет более простым по форме. Такому отсеку обрадуются и конструкторы и заводские технологи (не далее как вчера они заходили и морщили носы по поводу слабой технологичности предлагаемой конструкции).
А сколько еще проблем, из-за которых плохо спят руководители проектного отдела! Приемники и передатчики радиосистем выгодно располагать поближе к антеннам, хотя это далеко не всегда удается сделать. Два десятка антенн надо расположить так, чтобы ни одна из них не мешала другой. Нельзя располагать приборы, выделяющие много тепла, слишком близко друг к другу, чтобы не создавать очень горячих мест, опасных для теплочувствительных приборов. Но как создать систему терморегулирования, которая в кабине космонавта поддерживала бы температуру 15–20 градусов, а в приборном отсеке допускала более широкие ее колебания? Еще не продумано до конца соединение двух отсеков друг с другом. А ведь соединять надо так, чтобы они были выведены на орбиту как одно целое, а там по специальной команде могли бы почти мгновенно разделиться, превратившись при этом в две самостоятельные и работоспособные части. И не найден еще способ защиты от разрушительного воздействия атмосферы: ведь, сойдя с орбиты и устремившись к Земле, аппарат раскаляется «до белого каления» и может сгореть, как метеор.
Размещая оборудование в корабле, не дай бог забыть, что весь он должен быть «сцентрован», то есть и теплозащита, и все приборы, и агрегаты, и все механизмы должны быть расположены таким образом, чтобы центр тяжести всего корабля в целом находился в строго определенной точке — ни на полсантиметра в сторону!
А из чего сделать иллюминаторы, чтобы они были прозрачны, прочны, герметичны и выдерживали бы колоссальный нагрев при спуске в атмосфере?
Да разве можно перечислить все «как?», «что?», «где?», «из чего?», которые постоянно преследуют инженеров-проектантов? Преследуют и требуют четкого и определенного решения. И ничего нельзя отложить на «потом», ибо это «потом» может попросту развалить всю выстраданную с таким трудом компоновку. Вот почему в создании космических кораблей участвуют многие коллективы, организации и предприятия. Многие, а не несколько.
Однажды Королев сообщил журналистам:
«Я бы сказал: все мы участники. Бывает так, что ни один капитально не видит, ни другой. Спорят. Ощупью идут. И приходят в конце концов к единому мнению. Ну бывают же в нашей практике случаи, когда мы спорим и не приходим к определенному мнению. Мы не решаем приказом и никогда не давим: „Нет, ты подпиши вот такое решение или такую инструкцию!“ Надо, чтобы люди разобрались, были убеждены. Разве может один руководитель все предусмотреть? Не может! Космический корабль — плод коллективного труда. Одному человеку, как бы он ни был талантлив, все задачи решить не под силу. Так что все мы — участники».
* * *
Сергей Павлович вошел в кабинет начальника проектного отдела, как всегда, быстро и энергично, поздоровался, снял пальто, повесил шляпу на изогнутый рог вешалки.
— Ну-ка, друзья мои, показывайте, над чем вы здесь «расползлись»? И когда же это кончится? Понимаете ли вы, что мы больше не можем ждать, когда вы утрясете свои противоречия! Или вы думаете, что вам позволительно будет еще месяцы играть в варианты?
Все насупились и опустили глаза: неплохое начало для делового разговора.
— Показывайте. Я в основном все ваши предложения знаю, но посмотрим вместе еще раз.
Через три часа решение было принято. Варианты кончились.
— Слушайте, вы знаете, как интересуются в Центральном Комитете нашей работой? Мы с президентом Академии наук были вчера у секретаря ЦК, и он очень подробно расспрашивал о ходе проектирования «Востока», потом сказал, что как-нибудь на днях заедет к нам посмотреть, как идут дела. Мы, правда, — Королев улыбается, — попросили его приехать попозже, когда будет готов корабль, но наша идея поддержки не получила.
…За две недели все приборы, системы, агрегаты, механизмы разместились (на бумаге), затем начались дипломатические переговоры с институтами, КБ и заводами. Переговоры не всегда шли «гладко», и тогда пускалась в ход «тяжелая артиллерия»: заместители Королева, а в особых случаях в спор вступал и сам Сергей Павлович.
Так постепенно стороны-участники приходили к согласию; правда, потом у какого-нибудь стола можно было услышать примерно такой разговор.
— Вот видишь, уважаемый Николай Николаевич, а ты говорил, что в двадцать семь килограммов уложиться нельзя. Просил тридцать два! А что теперь скажешь?
— А то и скажу, уважаемый Валентин Петрович, что уж больно лихо у вас получается — запланировать двадцать семь! А кто же такой прибор уложит в двадцать семь? И если бы не вчерашний разговор нашего главного с Сергеем Павловичем, не видать бы тебе моего согласия. Только зачем вы сразу пожаловались Сергею Павловичу?
— А мы и не жаловались. Вот ей-богу, о тебе и разговора не было. Он зашел и поинтересовался решением совсем других задач, а твой вопрос вчера на совещании был решен, очевидно, попутно.
— Да, мастер ты оправдываться, а вообще-то зря вы жаловались, что-нибудь мы бы и сами придумали и сбросили бы эти пять кило.
— Вот видишь, а теперь вам и придумывать ничего не надо, все уже решено тем, что двадцать семь килограммов утвердил ваш главный!
Но вот компоновка завязалась — тут бы немного вздохнуть, но как раз наступает самое трудное. Должен быть решен вопрос, как и в какой последовательности все «содержимое» корабля должно работать, когда и на какое время должен быть включен тот или иной прибор, та или иная система. Короче, должна быть выработана так называемая логика работы — временная программа. Правда, теперь проектантам помогают инженеры-специалисты: прибористы, радисты, управленцы, двигателисты, энергетики, оптики, баллистики, но «вздохнуть» все равно не придется, некогда!
В принципе всеми системами корабля можно управлять двумя способами: или подавать необходимые команды в нужное время со специальных наземных командных радиопередающих станций, или же сделать так, чтобы эти команды вырабатывались на борту самого корабля специальным программным устройством.
Анализ показывал, что на «Востоке» необходимо применить оба способа: даже при одном обороте вокруг земного шара корабль будет пролетать над территорией нашей страны только часть витка, другая же окажется за пределами нашей территории и, следовательно, за пределами видимости наземных станций. Ясно, что за радиогоризонтом та или иная система корабля может быть включена или выключена только бортовым программным устройством.
Итак, есть два способа управления космическим кораблем. Как же выглядит эта временная программа? Представьте себя в роли проектанта, и пусть перед вами поставлены задачи, аналогичные тем, какие стояли перед «восточниками» (разумеется, сильно упрощенные).
Вы, конечно, знаете основные законы движения искусственных спутников Земли, понимаете значения слов: первая космическая скорость, период обращения, наклонение орбиты и т. д. О всех этих понятиях сейчас можно узнать из довольно большого количества популярных брошюр и книг, хотя бы из книги одного из старейших работников отечественной ракетной техники И. Меркулова «Космические скорости». Орбита космического корабля в основном определяется за те несколько минут, когда под действием двигателей и систем управления ракеты-носителя набирается скорость и высота полета.
Дальнейший орбитальный полет (неважно — в течение одного ли витка, нескольких суток, месяцев или лет) происходит уже без участия двигателей носителя. Более того, корабль отделяется от носителя и совершает полет самостоятельно.
Хотя по времени и протяженности путь корабля на орбиту во много раз меньше самого орбитального полета, именно он самый решающий. Ракета-носитель с космическим аппаратом взлетает всегда строго вертикально, чтобы быстрее пройти плотные слои атмосферы. (Впрочем, при излишне высокой скорости сопротивление атмосферы станет очень большим и взлет окажется энергетически невыгоден.)
Пройдя плотные слои атмосферы, ракета постепенно поворачивается все более наклонно, приближаясь к горизонтальному направлению своего полета. И вот здесь-то и набирается первая космическая скорость. (Эту скорость, которой должен обладать предмет, чтобы стать искусственным спутником планеты и двигаться вокруг нее по круговой орбите, называют также круговой скоростью.)
Физический смысл этого явления можно, несколько упрощая, пояснить так: если при движении тела по окружности возникающая центробежная сила будет равна силе притяжения Земли, то такое тело обладает первой космической скоростью. Естественно, что центробежная сила растет по мере увеличения скорости. При скорости примерно 5 километров в секунду она уравновесит около 40 процентов веса тела. На ракету, поднявшуюся на 200 километров и летящую там вокруг Земли со скоростью 7,75 километра в секунду, действует центробежная сила, равная 99 процентам ее веса; при скорости 7,791 километра в секунду она станет равной весу ракеты. Для высоты в 200 километров это и будет первая космическая, или круговая, скорость.
Орбиты всех космических аппаратов и искусственных спутников Земли лежат на высотах, как правило, более 180–200 километров: двигаться с космическими скоростями можно только за пределами атмосферы, иначе немыслимо было бы преодолеть сопротивление воздуха. На высоте 30 километров, где плотность воздуха почти в сто раз меньше, чем у самой поверхности Земли, сопротивление небольшому спутнику будет исчисляться десятками тонн, и даже на высоте 100 километров, где сила торможения упадет до килограммов, только за один виток скорость спутника уменьшится примерно на 50 метров в секунду. 180–200 километров — такова минимальная высота орбиты, по которой возможно движение с космическими скоростями. Так получалось из расчетов. Это же подтвердили и наши первые спутники Земли.
Максимальная же орбита в принципе может быть любой, но для пилотируемых кораблей, вращающихся вокруг Земли, не выше 500–600 километров; дальше — радиационные пояса, окружающие Землю и опасные для здоровья космонавта.
Итак, орбита полета будет круговой с высотой 200 километров. При этом спутник, двигаясь по ней со скоростью 7,791 километра в секунду, облетит земной шар за 88 минут 25 секунд. Это время, которое нетрудно подсчитать, и есть период обращения, хорошо знакомый каждому по сообщениям ТАСС о запуске очередного спутника.
Одним из параметров орбиты является наклонение (то есть угол наклона плоскости орбиты к плоскости экватора). Отсчитывается оно всегда от плоскости экватора. Если в полете спутник будет все время лететь над экватором, то его орбита называется экваториальной и имеет наклонение, равное 0 градусов. Орбита, проходящая над полюсами, — полярной, с наклонением 90 градусов.
Взлетев с территории Советского Союза и выйдя на околоземную окружность, спутник вначале достигнет и «коснется» в северном полушарии той параллели, которая соответствует наклонению его орбиты, затем, перейдя через экватор, дойдет до соответствующей параллели в южном полушарии, опять, пересекая экватор, войдет в северное полушарие и т. д.
Все эти данные необходимы проектанту при разработке программы.
Выберем для рассуждений наклонение, равное 65 градусам — именно так запускался «Восток». Время старта зависит от нескольких факторов, однако чтобы не усложнять рассказ, выберем его, исходя только из одного требования. Предположим, что на корабле применена система ориентации продольной его оси по направлению полета. Это необходимо для торможения перед спуском. Ведь тормозной двигатель должен быть направлен своим соплом под точно рассчитанным углом к направлению полета, и корабль перед «финишем» обязан повернуться и занять в пространстве строго определенное положение. Но положение это определят, например, солнечные датчики системы ориентации только в том случае, если в нужный момент само Солнце будет находиться перед кораблем. Датчики должны «увидеть» Солнце при выходе из-за горизонта в строго расчетный момент (плоскость орбиты при этом обязана совпадать с направлением на Солнце). Если полет планируется на строго определенное количество витков, то и Солнце должно оказаться в нужном положении тоже в определенное время. Отсюда, конечно, следует, что и старт корабля должен быть произведен в строго определенный час, минуту и секунду выбранных суток. Только в этом случае, пролетев заданное количество витков, корабль встретит Солнце в нужное время и в нужном месте.
Вот примерно те законы баллистики и небесной механики, которыми мы должны руководствоваться при разработке программы полета.
Теперь снова вернемся к задаче «что после чего включается» на примере только одной из систем — радиотелеметрической, состоящей из передатчика, специального преобразователя, множества чувствительных датчиков, специальных запоминающих устройств.
Телеметрическая система, или, как ее называют, телеметрия, включается еще перед стартом ракеты: помните, в некоторых фильмах о космосе и в книгах упоминается на первый взгляд странная предстартовая команда: «Протяжка». Вот она-то и означает, что включена бортовая телеметрия, а наземные станции должны начать регистрацию параметров.
Выходя на орбиту, корабль пролетает над наземными приемными пунктами, расположенными по трассе полета. Они принимают ту телеметрическую информацию, которая посылается непосредственно с борта на Землю. Но вот корабль отделился от ракеты-носителя и, продолжая полет, уходит за территорию Советского Союза. Дальше приемных станций нет, следовательно, передача с борта бессмысленна. Радиопередатчики телеметрической системы могут быть выключены (моменты выключения заранее строго рассчитаны и заложены в бортовое программное устройство), связь с кораблем прекращается. Однако удалившийся корабль не перестает нас интересовать. Чтобы узнать, что на нем происходит, надо на борту поставить специальное запоминающее устройство вроде магнитофона, которое после выключения передатчиков будет продолжать регистрировать показания всех датчиков, «запоминать» их (этот режим работы телеметрии так и называется режимом запоминания). Но вот миновали «чужие земли», сейчас покажется советская территория, и запоминающее устройство получит команду перейти в режим «воспроизведения», а включенные в это же время передатчики передадут на Землю всю накопленную информацию. (Ну, конечно, в убыстренном темпе, а то передатчикам не хватит времени для сообщения о том, что происходит сейчас.)
И так каждый виток. Программа должна включать в себя четкое расписание включений, переключений и выключений телеметрии.
В общем мы уже немало знаем о предстоящем полете.
Вид орбиты — круговая.
Высота ее — 200 километров.
Период обращения — 88 минут 25 секунд.
Скорость корабля — 7,791 километра в секунду.
Наклонение орбиты — 65 градусов.
Время старта — установлено вычислениями.
Теперь по карте надо определить, когда наш корабль войдет и когда выйдет из зоны радиовидимости того или другого наземного приемного пункта, и полученные расчетные данные вписать в программу работы телеметрической системы.
Если полет планируется на несколько витков или, скажем, на сутки, то программа существенно усложняется. Кроме того, мы «поработали» только с одной телеметрией, на самом же деле программа включает в себя перечень команд для управления множеством приборов и систем.
И проектанты все это сделали! Но и это еще не все.
Одновременно с компоновкой и с разработкой программы проектанты определяли порядок предварительной отработки и испытания отдельных узлов, частей корабля, его систем и установок.
Но вот все эти соображения и предложения сведены в так называемый план экспериментальных работ. Он так же, как и компоновка, был внимательно рассмотрен и утвержден Сергеем Павловичем, и еще задолго до изготовления первого корабля, предназначенного для полета, в цехах завода было изготовлено около десятка его собратьев, а в различных лабораториях и полигонах испытаны их отдельные отсеки.
* * *
Из широкого окна приемной на втором этаже конструкторского корпуса видно, как к подъезду подходят ЗИМы и «Волги». Сегодня у нас собираются главные конструкторы систем ракеты-носителя и корабля. Приехали товарищи из Совета Министров, руководители министерств. Подошла машина вице-президента Академии наук.
В приемной становится тесновато. Кое-кто проходит прямо в кабинет. Пока не началось совещание, здесь, в приемной, люди стоят по двое-трое с нашими начальниками отделов и с заместителями Королева, говорят о технике, о пусках, о взаимных претензиях, о рыбалке, у окна раздается громкий смех — это уж непременно кто-нибудь рассказал новый анекдот.
На столе у Антонины Алексеевны, бессменного секретаря Сергея Павловича, резко гудит зуммер. Она снимает трубку внутреннего телефона.
— Хорошо, Сергей Павлович!
Положив трубку, объявляет:
— Товарищи, Сергей Павлович просит всех зайти в кабинет!
За длинным полированным столом всем не разместиться. Рассаживаются вдоль стен. Королев, его первый заместитель и еще несколько человек стоят чуть поодаль, около окна, и вполголоса беседуют. Через минуту все разместились, и Сергей Павлович подходит к большому столу.
— Все собрались или не приехал кто-нибудь? Василий Федорович мне звонил: сказал, что несколько задержится. Послушайте, ему ехать, видите ли, далеко! Ну, мы объявим ему выговор, тогда не станет задерживаться. Так что, начнем, товарищи?
— Конечно, надо начинать!
— Мы условились прошлый раз, что сегодня соберемся для обсуждения предложенного нашей организацией плана летных испытаний «Востока».
В этот момент тихонько открылась дверь, и в нее с весьма виноватым выражением лица протиснулся Василий Федорович — главный конструктор радиотелеметрических систем. Его появление внесло короткое оживление. Сергей Павлович, ничего не сказав, посмотрел на него с укоризной и подошел к большой, занимавшей почти полстены доске.
— Всем хорошо видно? Николай Александрович, ты бы пересел вот сюда. Там, я боюсь, тебя продует, да и видно оттуда плохо!
— Ладно, ладно, Сергей, — ворчит один из главных, давнишний соратник Королева по ракетным делам.
— Вот на этом плакате мы изобразили все предлагаемые этапы летных испытаний «Востока».
И Сергей Павлович обстоятельно рассказывает о составленном плане.
Все знают, что «Восток» проектировался для орбитального полета с человеком на борту, но все также понимают, что на первом корабле посылать человека в космос нельзя.
Космическая техника развивалась по несколько другому, по сравнению с авиационной, пути. Человек летает в воздухе уже вторую полусотню лет, а в космосе еще никто не летал. Вновь создаваемый самолет после всевозможных испытаний на земле передается в руки опытных летчиков-испытателей, которые все свое уменье и опыт вкладывают в отработку, доводку машины, изучая поведение ее в воздухе. Опытных же космонавтов на нашей старушке планете еще не было. Да и не только опытных; никто еще не поднимался в космическое пространство, никто еще не испытывал на себе невесомости, никто еще не только не летал на космическом корабле, но и не видел его вообще! То, что создавалось, было первым, самым первым! И никто не мог сказать, сумеет ли человек, каким бы он ни был сильным и опытным, проявить этот свой опыт и силу, оказавшись один на один с незнакомым космическим пространством. Поэтому первый пуск корабля предполагалось произвести не только без человека, но вообще без живых существ на его борту.
На первом корабле должны быть проверены все его основные системы. В полете кораблю необходимо ориентироваться, а это значит, что в невесомости, где нет понятий «верх» и «низ», где нет поддерживающего аппарат воздуха, где громадная скорость в 28 тысяч километров в час не оказывает на динамику движения никакого влияния, — в этих условиях корабль должен самостоятельно «понять» свое положение в пространстве, а поняв, суметь изменить его на такое, какое ему предпишут. Теоретически принципы стабилизации и ориентации в подобных условиях нам были известны, но только теоретически. Для их проверки нужно послать корабль в космическое пространство, ибо в наземных условиях проверить систему ориентации невозможно. Такова сущность одной из главных задач первого пуска.
Другая проблема — двигатель. На корабле он должен быть обязательно, но не для того, чтобы двигать, а наоборот — для противодействия движению, для торможения. Так его и назвали ТДУ — тормозная двигательная установка.
Ракетные двигатели существовали уже давно и широко применялись на ракетах. В условиях глубокого вакуума они успешно запускались и работали на последних ступенях наших космических ракет. А как им вздумается вести себя в условиях невесомости? На это пока никто не мог ответить с исчерпывающей степенью достоверности, и этим интересовались двигателисты смежного конструкторского бюро.
Решение названных двух задач позволило бы убедиться в том, что осуществить спуск корабля с орбиты практически возможно. Однако все надо было проверить в космосе.
В плане, изложенном Сергеем Павловичем, предлагалось при первом пуске проверить основные задачи. Но чтобы исключить неприятности, которые возникли бы при выходе из строя системы ориентации или тормозного двигателя, решено было пока корабли на Землю не спускать. Случись авария, и весьма тяжелый спускаемый аппарат может приземлиться на любой населенный пункт планеты, вызвав жертвы и разрушения. Предлагалось также не покрывать кабину теплозащитным слоем: пусть она сгорит при входе в атмосферу. Кроме теплозащиты, было решено не ставить в кабине и приборы, «заведующие» последним участком приземления. Все же остальное корабль должен захватить с собой, включая и системы жизнеобеспечения будущих пассажиров или космонавтов.
Такие задачи были поставлены перед первым пуском космического корабля.
Ответив на вопросы по программе ближайшего пуска, Сергей Павлович рассказал и о плане дальнейших работ.
Последующие корабли, уже с животными, намечалось возвратить на Землю.
При успешном завершении этого этапа планировались два пуска с манекенами вместо космонавта и с полной проверкой всех систем корабля в пилотируемом варианте.
И только после этого — человек.
— Так вот, товарищи, если вы поддерживаете предложения по отработке «Востока», так же как всеми нами вместе на прошлой неделе был одобрен проект корабля, то позвольте мне от вашего имени доложить их Центральному Комитету и правительству и просить одобрить все наши наметки. Я думаю, что здесь не надо говорить о той громадной ответственности, которую мы все берем на себя.
Совещание кончилось поздно вечером. Совместный труд нашего конструкторского бюро и смежных организаций был одобрен и принят. На этом, пожалуй, можно закончить весьма беглый и неполный рассказ о работе проектантов — людей, которые вычерчивают мечту и заставляют ее осуществиться. Но когда достигают своего — они все равно не спят спокойно и не вздыхают облегченно…
И при всем этом — они проектанты.
А проект — это всегда будущее.
Это всегда поиск.
Это всегда борьба противоречий.
Это всегда нахождение решения задачи.
Это обеспечение плацдарма.
Это закладка фундамента новых успехов.
* * *
Итак, есть проект корабля. Но по нему нельзя изготовить ни одной детали. Это не рабочие чертежи. Следующее слово должны сказать конструкторы. У них, опытных инженеров и техников, забота состоит в том, чтобы создать рабочие чертежи, по которым каждый токарь, каждый фрезеровщик и сварщик, медник и слесарь, механик-сборщик и электрик могли бы изготовить, собрать, испытать и проверить каждую деталь корпуса или прибора, каждый электрический кабель, каждые гайку и болт. Нужно из одного компоновочного чертежа проектанта сделать несколько тысяч отдельных чертежей: детальных, сборочных, общих видов.
Конструктор должен очень хорошо понять основную идею, заложенную проектантом в том или ином отсеке, приборе, узле, и знать до самых мельчайших подробностей, как это все сделать. Но когда он понял и узнал — все равно пусть не надеется, что все пойдет гладко и легко. Опять будут противоречия и горячие споры, только теперь будут спорить не проектант с проектантом, а проектант с конструктором. Обнаруживается вдруг, что нужен, к примеру, больший, нежели предполагалось, вес, нужен другой, нежели предполагалось, материал… И снова люди ломают головы, опять ищут решения…
В отделе, которым руководил Григорий Григорьевич Годырев, на кульманах — контуры «Востока». Тут на счету каждый грамм веса. Условия работы каждого узла будут совсем непохожи на земные. Опыта создания таких конструкций мало.
Однажды выкинула свой «фокус» герметичность. Мы предполагали, что при достаточно сложной форме отсеков, при большом количестве швов, люков, иллюминаторов проблема герметичности доставит нам немало хлопот. Поэтому наши техники, мастера-сварщики и инженеры вакуумной лаборатории настойчиво искали и выбрали наилучший режим сварки, обеспечивающий, казалось бы, абсолютную воздухонепроницаемость. В оболочку отсека вварили несколько фланцев, изготовленных из отливок специального сплава, заварили швы и решили, что все будет в порядке. А при испытании отсека где-то «потекло». Как всегда в таких случаях, в ход пошел специальный прибор — течеискатель. И оказалось, что «текли» не швы, а сам металл фланца. В чем дело? С трудом выяснили, что заготовки для фланцев были отрезаны от бруска сплава, который не прокатывался и не ковался, поэтому в них оставались чрезвычайно тонкие (специалисты говорят — «волосяные») поры, по которым и тек газ.
Таких загадок практика подкидывала нам в изобилии. Тут-то и испытывалась на прочность дружба конструкторов с заводом. У производства, понятно, есть какие-то пределы в изготовлении придуманной инженером конструкции; на заводе не волшебники, многое они могут сделать, но чего-то ими еще не освоено, что-то не получается, и нередко возникают напряженные сцены.
На фрезерном станке рабочий обрабатывает сложную деталь — узел приборной рамы. Деталь небольшая, а стружки вокруг — куда больше!
— Товарищ ведущий, посмотрите, что делают ваши конструкторы! В стружку идет восемьдесят процентов металла. Пять дней грызем этот узелок. Тут и токарная работа, и сверловка, и фрезерная, чего только не придумали! Ну разве это конструкция? Директор завода, Роман Анисимович, сегодня на оперативке с нас столько же стружки снял, сколько ее под ногами. А что мы можем сделать?
Про себя тоже возмутишься таким «узелком», но если сядешь с конструктором и разберешься, послушаешь его доводы, то увидишь, что завязан он не от «легкости мысли», а было рассмотрено несколько вариантов и выбран, и обоснованно выбран, именно тот, который необходим…
Наверное, две трети, если не больше, наших конструкторских разработок можно было бы оформлять через бюро рационализации и изобретательства в виде авторских заявок. Но как отличить особо новое во всем новом? Да и об этом ли болели головы?
Трудно выбрать в качестве примера и рассказать о каком-то наиболее характерном узле конструкции. Таких узлов было очень много. Ну вот хотя бы 850-контактный штепсельный разъем на кабель-мачте, соединяющей приборный отсек со спускаемым аппаратом. Что это такое? Известно уже, что приборный отсек перед посадкой должен отделяться от спускаемого аппарата еще на орбите. Он сослужил свою службу, и дальше спускаемый аппарат может жить и работать самостоятельно. Но ведь при полете на орбите корабль — одно целое. И не только конструктивно, но и функционально работает он как единый организм. Обе части связаны между собой электрическими кабелями, шлангами. Так вот, эта самая связь осуществлялась через кабель-мачту по 850 проводам и нескольким шлангам. Для этого нужно было провести все эти провода через толстую, теплозащитную, герметичную стенку спускаемого аппарата к приборному отсеку. Но не просто провести, а еще сделать так, чтобы при подаче команды — электрического сигнала — практически мгновенно произошло разъединение всех этих проводов и шлангов. Нужен был разъемный узел.
И конструкторы разработали такой «узелок». Представьте себе круглую тарелку диаметром почти полметра, состоящую из нескольких слоев металла и специального теплозащитного материала. На этой тарелке требовалось разместить 850 электрических контактов, разместить их так, чтобы вся конструкция была и герметична, и жаропрочна, и выдерживала бы большое давление и перегрузки.
Это половина задачи. Вторая половина состояла в том, что «тарелка» должна была отбрасываться от спускаемого аппарата, разъединяя электрические провода и шланги. Так появилась конструкция, до сих пор не существовавшая в истории техники.
Так же как и проектанты, конструкторы тоже не спят после того, как разработают и выпустят чертежи: из цехов сыплются вопросы, а разрешать их надо сразу, тут же на месте. И вот конструктор полдня проводит в цехах завода, а на кульмане его ждет начатый чертеж следующего узла.
После того как узел изготовлен, его надо испытать, ну, скажем, на прочность. И если он чуть-чуть, самую малость, не выдержит и поддастся нагрузке (правда, нагрузке «с запасом»), значит, надо все переделывать снова.
Однако и это еще полбеды. Своя вина — и перед собой ответ. И на заводе ее принимают как свою, посмеиваются, но понимают, что так оставить нельзя, переделывать надо.
А бывает хуже. Вот приборная рама — сложное ажурное переплетение труб, скрепленных теми пресловутыми узлами, с которых и за которые «снималась стружка», — готова. Все довольны. Осталось произвести последние подчистки, окрасить, и можно передавать в цех сборки. И вот тут-то конструктору наносится удар.
— Зайдите срочно ко мне! — раздается по телефону голос Григория Григорьевича.
— Григорий Григорьевич, здравствуйте, — спокойно и радостно приветствует явившийся на зов конструктор.
— Здорово, здорово. Как дела с приборной рамой 2200-0? — прикладывая к уху ладонь, спрашивает у конструктора начальник отдела.
— Был утром в цехе. Готова. Сегодня в малярку передают. Не рама, а картиночка! Два метра диаметром, а поднимешь за край, вроде и не весит ничего.
— Это все хорошо. Но вот, — Григорий Григорьевич многозначительно стучит остро отточенным карандашом по лежащему на столе документу, напечатанному на бланке с двумя орденами и каким-нибудь прозаическим наименованием организации рядом с ними. К документу подколот канцелярской скрепкой чертеж-синька (кстати, почему синька? Уже лет двадцать-тридцать, как светокопии стали коричневато-фиолетового цвета, а их по-прежнему называют синькой), — уважаемые смежники, — следует в адрес смежников несколько ядовитых слов, — подарочек нам прислали. Изменили размеры прибора. И начальство решило, — показывает на косую резолюцию красным карандашом, — изменение принять. Давай думай, Виктор Иванович, что сделать можно.
Проходит примерно час, и снова собеседники вместе.
— Григорий Григорьевич, — конструктор старается казаться спокойным, хотя это ему удается с трудом, — ну что ж, все приемлемо, все можно! Даже с золотым ободочком! Только раму всю, простите, коту под хвост! Вы-ки-нуть. Всего лишь.
— Ну, выкинуть дело не хитрое. А ты у нас для того и конструктор первой категории — первой! — чтоб решение найти!
— Да смотрел я! Не лезут новые габариты. Все соседние приборы двигать надо, и кабели летят.
— Значит, мало подумал. Подумай еще, а завтра утром заходи опять, что-нибудь вместе придумаем, если сам не придумаешь.